DE19836081A1 - Verfahren zur Früherkennung von Schäden an Schienenfahrzeugen - Google Patents
Verfahren zur Früherkennung von Schäden an SchienenfahrzeugenInfo
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Abstract
Um sich durch ungewöhnliche Geräusche oder Schwingungen ankündigende Schäden an Schienenfahrzeugen (F1) zuverlässig zu erkennen, werden die besonderen Beanspruchungen ausgesetzten Fahrzeugkomponenten (R1, R2) durch Sensoren (D1, D2) überwacht. Diese liefern aktuelle Schall- und Schwingungswerte, die mit entsprechenden Referenzwerten daraufhin verglichen werden, ob sie innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen. Diese Referenzwerte sind in einem Referenzspeicher (SR) hinterlegt und wurden zuvor aus einer Vielzahl von entsprechenden aktuellen Meßwerten ermittelt. Die Referenzwerte gelten für diejenigen Streckenpunkte, an denen sie zuvor entstanden sind. Um einen Bezug zwischen aktuellen Schall- und Schwingungswerten und den entsprechenden Referenzwerten herzustellen, werden die Referenzwerte mehrfach abgerufen, und zwar immer dann, wenn die Sensoren einander entsprechender Fahrzeugkomponenten den betreffenden Streckenpunkt passieren und die entsprechenden aktuellen Sensormeldungen generieren. Die Zuordnung der aktuellen Sensorsignale zu den entsprechenden Referenzsignalen geschieht durch Lesezeiger (L1, L3), die entsprechend dem Vorrücken des Fahrzeugs auf der Strecke fortschaltbar sind.
Description
Die Vergangenheit hat gezeigt, daß es trotz des in der Bahn
technik vorhandenen hohen Sicherheitsstandards ausnahmsweise
doch zu schwerwiegenden Schadens fällen kommen kann, die zu
Material- und Personengefährdungen führen können. Grund dafür
ist, daß einige bislang als extrem zuverlässig angesehene und
aus diesem Grunde nicht in den Überwachungsprozeß mit einbe
zogene Fahrzeugkomponenten doch Schaden nehmen und Folgeschä
den verursachen können, die nicht mehr hinzunehmen sind. Zu
solchen bislang üblicherweise nicht überwachten Komponenten
zählen z. B. die Radkränze der Fahrzeugräder von Schienen
fahrzeugen. Hier hat man sich bislang mit einer von der Lauf
leistung der Räder abhängigen Wartung der Räder verbunden mit
einer ggf. vorzunehmenden Nachbearbeitung der Radsätze be
gnügt; ähnliche Wartungsvorgänge werden auch für andere Fahr
zeugkomponenten vorgenommen, beispielsweise den Fahrzeugauf
hängungen für die Neigezugsteuerung.
Ein Großteil der Schäden, die an mechanischem Verschleiß un
terl iegenden Fahrzeugkomponenten möglicherweise auftreten
können, läßt sich sicherlich durch vorbeugende Überwachungs
maßnahmen rechtzeitig erkennen. Solche Schäden können aber
kaum im statischem Betrieb im Rahmen von Wartungsvorgängen im
Bahnbetriebswerk erkannt werden, sondern vorzugsweise oder
ausschließlich im dynamischen Betrieb während des Fahrzeug
einsatzes auf der Strecke. Hierzu ist es notwendig, die Fahr
zeugkomponenten fortlaufend hinsichtlich solcher Parameter zu
überprüfen, die sich im Frühstadium eines späteren Schadens
erkennbar verändern; es sind dies bei mechanischen Belastun
gen ausgesetzten Komponenten vorzugsweise Geräusche und/oder
Schwingungen, die dann abweichen von üblicherweise erwarteten
Geräuschen oder Schwingungen.
Aus der EP 0 795 454 A1 ist ein Verfahren zur Eigenortung ei
nes spurgeführten Fahrzeugs bekannt, bei dem das Fahrzeug bei
seiner Fahrt mittels eines oder mehrerer Sensoren aktuelle
Beschleunigungsspektren ermittelt und mit auf einer früheren
Fahrt ermittelten entsprechenden Spektren vergleicht. Die für
frühere Fahrten geltenden Beschleunigungsspektren sind in ei
nem fahrzeugseitigen Speicher ortsbezogen abgelegt. Durch
Korrelation der aktuellen mit den hinterlegten Beschleuni
gungsspektren kann das Fahrzeug erkennen, welchen Strecken
punkt es gerade befährt. Diese bekannte Ortungseinrichtung
basiert auf dem Vergleich aktueller für das Fahrverhalten ei
nes Fahrzeugs an einem bestimmten Streckenpunkt typischer
Meßwerte mit in einem Speicher streckenbezogen hinterlegten
entsprechenden Referenzwerten. Dabei kommt es auf eine mög
lichst genaue Überdeckung von aktuellen und abgespeicherten
Beschleunigungsspektren an. Im Falle eines defekten Fahrzeugs
oder einer defekten Streckenkomponente, die zu einer markan
ten Veränderung des aktuellen Beschleunigungsprofils gegen
über einem für den betreffenden Fahrort abgespeicherten Be
schleunigungsprofil führt, versagt das bekannte Verfahren,
d. h. es kommt zu keinem Ortungsergebnis. Bei dem bekannten
Verfahren werden auch nicht bestimmte einzelne Komponenten
eines Fahrzeugs hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf ein aktu
elles Beschleunigungsspektrum bewertet, sondern es wirkt je
weils die Summe aller Komponenten, die Einfluß auf das Be
schleunigungsspektrum nehmen kann, auf das Beschleunigungs
spektrum. Für den Ortungsvorgang reicht es aus, den Korrela
tionsvorgang zwischen aktuellem Beschleunigungsspektrum und
Referenzbeschleunigungsspektrum auf einen einzigen fahrzeug
seitigen Bezugspunkt und einen Streckenpunkt vorzunehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Früherkennung von Schäden an Schienenfahrzeugen anzugeben,
mit dem es möglich ist, sich anbahnende Schäden an einzelnen
örtlich verschiedenen Komponenten von Schienenfahrzeugen zu
verlässig und möglichst aufwandsarm zu erkennen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Anwendung der
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Danach sol
len die sich bei mechanischer Beanspruchung und mechanischem
Verschleiß einstellenden Veränderungen im Schall- und Schwin
gungsverhalten der einzelnen Fahrzeugkomponenten mit für den
jeweiligen Fahrort geltenden, auf dem Fahrzeug hinterlegten
entsprechenden Referenzwerten verglichen werden, wobei beim
Erkennen markanter Abweichungen auf einen sich anbahnenden
Schaden an einer bestimmten Komponente geschlossen wird.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
So sollen nach der Lehre des Anspruches 2 laufend die Ampli
tuden und Frequenzspektren der Lauf- und Körperschallgeräu
sche und/oder anderer Schwingungen der einzelnen Fahrzeugkom
ponenten ermittelt und mit entsprechenden Referenzwerten ver
glichen werden, weil diese Größen sich im Vorfeld eines ent
stehenden Schadens an einer Fahrzeugkomponente verändern.
In vorteilhafter Weise sollen die miteinander zu vergleichen
den Werte gemäß Anspruch 3 digitalisiert werden bzw. in digi
taler Form vorliegen, so daß sie datentechnisch behandelt
werden können.
Um die Datenmenge zu reduzieren, sieht Anspruch 4 vor, die
miteinander zu vergleichenden Daten vor dem Vergleichsvorgang
auf geeignete Weise einer Vorverarbeitung zuzuführen; dies
reduziert den Aufwand für den Vergleich der Ist- mit den
Soll-Daten.
Diese Vorverarbeitung kann gemäß Anspruch 5 in besonders vor
teilhafter Weise das Mitteln der zu vergleichenden Werte be
inhalten; das macht das Bewertungsergebnis unabhängig von
Kurzzeiteinflüssen auf die Sensoren für die Fahrzeugkomponen
tenüberwachung und begrenzt den Vergleichsvorgang auf das
notwendige Maß.
In besonders vorteilhafter Weise ist nach der Lehre des An
spruches 6 vorgesehen, die in den Vergleich einzubeziehenden
Referenzwerte als Wertebänder vorzugeben, die den Spielraum
bezeichnen, innerhalb dessen die entsprechenden aktuellen
Schall- und Schwingungswerte als ordnungsgerecht oder als
nicht ordnungsgerecht zu klassifizieren sind.
Die Referenzwerte sollen nach der Lehre des Anspruches 7 aus
den bei früheren Fahrten ermittelten aktuellen Schall- und
Schwingungswerten gebildet werden, die zuvor von einer mög
lichst großen Anzahl von Fahrzeugen ermittelt wurden, wobei
die Referenzwerte oder -wertebänder dann nach einem bewährten
Statistikverfahren aus den aktuellen Schall- und Schwingungs
werten bestimmt werden.
Ein besonderes Problem bei der Bewertung der aktuellen Para
meter einer Vielzahl gleichartiger über die Fahrzeuge ver
teilt angeordneter Komponenten, z. B. der Fahrzeugräder, be
steht darin, daß die aktuellen Schall- und Schwingungswerte
der Fahrzeugkomponenten beim Vorrücken der Fahrzeuge einzeln
nacheinander mit den entsprechenden ortsbezogenen Referenz
werten verglichen werden müssen. Zur Lösung dieses Problems
sieht die Lehre des Anspruches 8 vor, die Referenzwerte nach
Maßgabe der jeweils vorliegenden Gegebenheiten mehrfach zeit
verzögert abzurufen und gezielt mit den aktuellen Schall- und
Schwingungswerten der einzelnen Komponenten dann zu verglei
chen, wenn diese sich an dem Streckenpunkt vorbeibewegen, für
den die Referenzwerte gelten. Dies macht es möglich, die
Schall- und Schwingungswerte jeder einzelnen Fahrzeugkompo
nente, die zu überprüfen ist, einzeln mit den den ordnungsge
rechten Zustand einer solchen Komponente repräsentierenden
Referenzwerten zu vergleichen und so z. B. den einen Radsatz
zu erkennen, an dem kratzende oder schlagende Geräusche oder
sonstige anormale Schwingungen auftreten.
Um die Referenzwerte zu bestimmen, sieht der Anspruch 9 vor,
die aktuellen Schall- und Schwingungswerte der zu prüfenden
Fahrzeugkomponenten auf den Fahrzeugen in einem ersten Spei
chermedium, z. B. auf einem Magnetband, festzuhalten. Diese
Magnetbänder können bei jeder Fahrt beschrieben werden und
beinhalten dann das aktuelle Schall- und Geräuschspektrum der
zu bewertenden Fahrzeugkomponenten an den einzelnen Strecken
punkten; dieser Zustand kann sich in gewissen Grenzen über
die Zeit gesehen verändern. Die von den Fahrzeugen bespielten
Bänder können in vorgegebenen zeitlichen Abständen, z. B.
täglich oder wöchentlich, an eine Datenverarbeitungseinrich
tung übergeben werden, die sich an zentraler Stelle bei
spielsweise in einem Bahnbetriebswerk befindet.
Dort werden nach der Lehre des Anspruches 10 aus der Vielzahl
der vorliegenden ortsbezogenen aktuellen Schall- und Schwin
gungswerte nach bestimmten statistischen Gesichtspunkten die
entsprechenden Referenzwerte oder Referenzwertebänder ermit
telt und auf eine Vielzahl von Speichermedien, z. B. Kompakt-
Discs, aufgespielt. Diese Kompakt-Discs werden den Fahrzeugen
übergeben, die dann über den jeweils aktuellen Satz der Refe
renzsignale für die Bewertung der abgefragten Fahrzeugkompo
nenten verfügen.
Auf den Fahrzeugen werden nach der Lehre des Anspruches 11
die auf den Kompakt-Discs gespeicherten Daten in einen Ar
beitsspeicher übernommen und aus diesem gezielt mehrfach dann
abgerufen, wenn sie für den Vergleich mit den entsprechenden
aktuellen Daten der einzelnen Fahrzeugkomponenten benötigt
werden. Dieses Abrufen der Daten geschieht softwaremäßig über
Lesezeiger, die nach Maßgabe der Fahrgeschwindigkeit der
Fahrzeuge und der Abstände der zu bewertenden gleichartigen
Fahrzeugkomponenten voneinander so fortschaltbar sind, daß
die gespeicherten Referenzwerte immer dann für einen Ver
gleich zur Verfügung stehen, wenn die entsprechenden Fahr
zeugkomponenten beim Passieren des Streckenpunktes, für den
die Referenzwerte gelten, die entsprechenden aktuellen
Schall- und Schwingungswerte erzeugen. Durch diese Maßnahme
wird ein individueller Wertevergleich mit einem Minimum an
Aufwand erreicht.
Um den Vergleich zwischen aktuellen Schall- und Schwingungs
werten und entsprechenden Referenzwerten wirklich fahrortbe
zogen durchführen zu können, ist es nach der Lehre des An
spruches 12 von Vorteil, wenn die ortsbezogene Zuordnung der
miteinander zu vergleichenden Werte gelegentlich resynchroni
siert wird. Dies soll vorzugsweise beim Passieren ortsfester
Streckeneinrichtungen geschehen, deren Lage dem bewertenden
Fahrzeug bekannt ist. Durch die Resynchronisierung wird der
Gleichlauf zwischen Referenzsignalen und aktuellen Signalen
verbessert.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt schematisch ein Eisenbahnfahrzeug F1, das
in nicht dargestellter Weise über zuginterne Fernwirkleitun
gen oder ein Bussystem in Verbindung steht mit weiteren ge
kuppelten Fahrzeugen; die Fahrzeuge bilden zusammen einen
Zug, der von dem dargestellten Fahrzeug F1 aus gesteuert und
überwacht wird. Bei dem Zug soll es sich insbesondere um ei
nen Hochgeschwindigkeitszug handeln. Die Spurführung des
Fahrzeugs F1 geschieht durch Räder R1, R2, die auf den Fahr
schienen S eines Gleises abrollen. Das Fahrzeug F1 ist wie
auch die übrigen Fahrzeuge des Zuges mit Aufnehmern versehen,
welche die Lauf- oder Körperschallgeräusche und/oder andere
aktuellen Schwingungen der zu überwachenden Fahrzeugkomponen
ten hinsichtlich Pegel und Frequenzspektren erfassen und ei
nem Vergleich mit entsprechenden Referenzwerten zuführen.
Konkret dargestellt sind u. a. Sensoren D1 und D2 zum Erfas
sen der Laufgeräusche und sonstigen Schwingungen, die an den
einzelnen Fahrzeugrädern R1, R2 auftreten. Dabei können für
jedes Fahrzeugrad, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel
angenommen, gemeinsame Sensoren D1, D2 zum Detektieren etwai
ger Abnormalitäten im Radlauf verwendet sein oder mehrere ge
trennte Sensoren, von denen z. B. einer die Geräusche des
Radkranzes und ein anderer die Geräusche des Radlagers er
faßt. Es ist auch denkbar, daß zum Überwachen von auf einer
gemeinsamen Achse angeordneten Fahrzeugrädern oder von in ei
nem gemeinsamen Drehgestell gelagerten Fahrzeugrädern jeweils
nur ein einziger Sensor vorhanden ist.
Neben diesen zum Erfassen des Laufverhaltens von Fahrzeugrä
dern vorgesehenen Sensoren gibt es einen weiteren in der
Zeichnung dargestellten Sensor D3, der beispielsweise für den
Fall, daß es sich bei dem Fahrzeug F1 um ein Fahrzeug han
delt, dessen Fahrgastzelle bedarfsweise gegenüber der Verti
kalen geneigt werden kann, zum Erkennen von Geräuschen und
Schwingungen der Fahrzeugaufhängung dient. Die in der Zeich
nung dargestellten Sensoren stehen für eine Vielzahl weiterer
Sensoren zum individuellen Erfassen von Geräuschen und
Schwingungen bestimmter Fahrzeugkomponenten.
Die von den Fahrzeugsensoren aufgenommenen aktuellen Geräu
sche und Schwingungen, die den Ist-Zustand des Schall- und
Schwingungsverhaltens der zugehörigen Fahrzeugkomponenten re
präsentieren, werden erfindungsgemäß verglichen mit entspre
chenden Sollwerten der Komponenten, die von einem Referenz
speicher SR zur Verfügung gestellt werden. Für den Vergleich
der aktuellen und der Referenzwerte steht ein in der Zeich
nung schematisch angedeuteter Vergleicher V, der vorzugsweise
softwaremäßig realisiert ist. Im Vergleicher findet ein Ver
gleich statt zwischen den auf einen bestimmten Fahrort bezo
genen Schall- und Schwingungs-Referenzwerten des Referenz
speichers und den entsprechenden aktuellen Schall- und
Schwingungswerten der einzelnen Fahrzeugkomponenten, die beim
Befahren des betreffenden Fahrortes von den Komponenten er
zeugt werden.
Vereinfachend wird zunächst davon ausgegangen, daß der Refe
renzspeicher genau dann bestimmte Referenzwerte für den Ver
gleicher zur Verfügung stellt, wenn der Sensor einer betrach
teten Fahrzeugkomponente die auf den zugehörigen Fahrort be
zogenen entsprechenden aktuellen Schall- und Schwingungswerte
detektiert. Sowohl die in den Vergleich einzubeziehenden ak
tuellen Schall- und Schwingungswerte als auch die zugehörigen
Referenzwerte werden dabei durch Mitteln von über eine vorge
gebene Meßzeit von z. B. 100 ms oder eine vorgegebene Weg
strecke von z. B. 5 m aufgenommen bzw. zur Verfügung gestell
ten Einzelwerten dargestellt. Unter der Annahme, daß die ak
tuellen Werte und die Referenzwerte für die jeweils gleiche
Fahrgeschwindigkeit gelten und unter der Annahme, daß die ak
tuellen Werte nicht oder nur geringfügig von den entsprechen
den Referenzwerten abweichen und innerhalb vorgegebener Refe
renzwertebänder liegen, stellt der Vergleicher Übereinstim
mung zwischen den ihm zugeführten Werten fest. Das bedeutet,
daß die aktuellen Schall- und Schwingungswerte der betrachte
ten Fahrzeugkomponente innerhalb eines durch die entsprechen
den Referenzwerte vorgegebenen Rahmens liegen, der die
Schall- und Schwingungswerte umfaßt, die sich bei ordnungsge
rechtem Zustand der Fahrzeugkomponente einstellen.
Tatsächlich ist es jedoch so, daß aus sich heraus keine Syn
chronisation zwischen den Referenzssignalen und den entspre
chenden aktuellen Signalen der Sensoren gegeben ist. Im Refe
renzspeicher SR sind die den einzelnen Fahrzeugkomponenten
zugeordneten Referenzwerte unter Bezug auf bestimmte Fahrorte
hinterlegt. Dieser Bezug wird durch einen in der Zeichnung
nicht näher dargestellten Streckenatlas hergestellt, in dem
die zu befahrende Strecke feinfühlig hinterlegt ist. In die
sem Streckenatlas sind auch die Fahrorte ortsfester strecken
seitiger Markierungseinrichtungen M vermerkt. Diese Markie
rungseinrichtungen dienen der ortsbezogenen Synchronisation
der aktuellen Schall- und Schwingungswerte mit den entspre
chenden Referenzwerten im Referenzspeicher. Ortsfeste Markie
rungseinrichtungen zur Übermittlung von Ortspositionen an
vorüberlaufende Fahrzeuge sind bekannt. Durch die Übermitt
lung von Qrtsmarkierungen beim Koppeln fahrzeug- und strek
kenseitiger Kopplungseinrichtungen K erkennt das Fahrzeug,
daß es sich mit einem Bezugspunkt B über einem bestimmten
Streckenpunkt befindet. Eine entsprechende Information veran
laßt die Synchronisierung der Ortsposition des Streckenatlas
ses auf die tatsächliche Ortsposition der Markierungseinrich
tung. Eine fahrzeugseitige Recheneinrichtung G bestimmt fort
laufend nach Maßgabe der Fahrgeschwindigkeit V, der seit der
letzten Synchronisierung vergangenen Zeitspanne Δt und dem
örtlichen Versatz Δs eines zur Ermittlung der tatsächlich
zurückgelegten Fahrstrecke herangezogenen Impulsgebers W zum
Bezugspunkt B des Fahrzeugs den Zeitpunkt, an dem der Refe
renzspeicher SR die in ihm für die einzelnen Fahrzeugkompo
nenten hinterlegten Referenzwerte zum Vergleich mit den aktu
ellen Referenzwerten zur Verfügung stellen muß. Wenn eine
sehr feinfühlige Zuordnung der Referenzwerte zu den einzelnen
Streckenpunkten gegeben ist, läßt sich ein hinreichend fein
fühliger Vergleich mit den entsprechenden aktuellen Schall-
und Schwingungswerten der Fahrzeugkomponenten vornehmen.
Prinzipiell ist es denkbar, alle aktuellen Sensormeldungen
der Fahrzeuge mit den entsprechenden Referenzwerten des Refe
renzspeichers zu vergleichen, indem jeder Sensor auf die für
seinen jeweiligen Fahrort geltenden Referenzwerte des Refe
renzspeichers zugreift. Dies erfordert jedoch einen erhebli
chen Aufwand für den Referenzspeicher. Nach einer besonders
vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in Abkehr von der vorstehend skizzierten Lösung vorgese
hen, daß zum Vergleich gleichartiger aktueller Sensormeldun
gen, z. B. von Radsensoren mit entsprechenden Referenzwerten,
nicht eine Vielzahl von unterschiedlichen Referenzwerten aus
dem Referenzspeicher abzurufen ist, sondern daß für alle
gleichartigen Komponenten jeweils die gleichen Referenzwerte
mehrfach und immer gerade dann zum Vergleich mit aktuellen
Werten zur Verfügung gestellt werden, wenn die Sensoren der
betreffenden Fahrzeugkomponente den Streckenpunkt passieren,
an dem die Fahrzeugkomponenten die entsprechenden aktuellen
Schall- und Schwingungswerte erzeugen. Zu diesem Zweck werden
die im Referenzspeicher SR gespeicherten Daten in einen Ar
beitsspeicher RAM übernommen und dort zeitlich versetzt je
weils dann gelesen, wenn die entsprechenden aktuellen Schall-
und Schwingungswerte für die einander entsprechenden Fahr
zeugkomponenten erkannt werden. Das mehrfache Lesen der Refe
renzdaten aus dem Arbeitsspeicher geschieht über Lesezeiger
L1, L3, die nach Maßgabe der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeugs, der seit der letzten Synchronisation zurückge
legten Wegstrecke des Fahrzeugs und dem Abstand des jeweili
gen Sensors von einem fahrzeugseitigen Bezugspunkt fort
schaltbar sind. Der in der Zeichnung dargestellte Lesezeiger
L1 ist für das Aufrufen der Referenzwerte zuständig, die sich
auf die Schall- und Schwingungsspektren der Radsensoren an
einem bestimmten Streckenpunkt beziehen und der Lesezeiger L3
für das Aufrufen der Referenzwerte, die die Soll-Schall- und -Schwin
gungsspektren z. B. für die Fahrzeugaufhängungen ange
ben. In den Steuerungen LS1, LS3 der Lesezeiger sind die Ab
stände s1, s2 der einander entsprechenden Komponenten R1, R2
nicht nur des Fahrzeuges F1 sondern auch der übrigen Fahrzeu
ge des Zuges hinterlegt. Immer dann, wenn die Recheneinrich
tung G ein Ausgangssignal führt, das anzeigt, daß der oder
die Sensoren einer betrachteten Fahrzeugkomponente aktuelle
Schall- und Schwingungssignale liefern, die sich auf den
Fahrort beziehen, für den der Vergleich mit den entsprechen
den Referenzwerten vorzunehmen ist, veranlaßt der zugehörige
Lesezeiger L1 bzw. L3, daß die entsprechenden Daten vom Ar
beitsspeicher RAM für den Vergleich zur Verfügung gestellt
werden. Die in der Steuerung LS1 des Lesezeigers L1 hinter
legten Abstandswerte s1, s2 sind selbstverständlich verschie
den von den Abstandswerten s3, die in der Steuerung LS3 für
den Lesezeiger L3 hinterlegt sind; diese beziehen sich auf
den Abstand der Sensoren D3 für das Erkennen von Geräuschen
und sonstigen Schwingungen in den Fahrzeugaufhängungen. Die
in der Zeichnung dargestellten Lesezeiger L1 und L3 stehen
für eine Vielzahl weiterer Lesezeiger, über die der Vergleich
weiterer aktueller Sensorsignale mit entsprechenden Referenz
signalen vorgenommen werden kann.
Nur die Schall- und Schwingungswerte gleichartiger Fahrzeug
komponenten werden auf einen gemeinsamen Fahrort bezogen. Die
Bewertung der Schall- und Schwingungswerte der Sensoren ande
rer Fahrzeugkomponenten kann sich auf einen davon verschiede
nen Fahrort beziehen. Dabei kann die Anordnung so getroffen
sein, daß zunächst die Sensorsignale eines Types von Fahrweg
komponenten bewertet werden, bevor die Sensorsignale einer
anderen Koponentenart bewertet wird. Es ist aber auch mög
lich, die von den Sensoren unterschiedlicher Komponententypen
stammenden aktuellen Sensormeldungen ineinander verschachtelt
zu bewerten.
Die Referenzwerte, anhand derer die aktuellen Schall- und
Schwingungswerte für die einzelnen Fahrzeugkomponenten zu be
werten sind, werden vorzugsweise dadurch erzeugt, daß aktuel
le Schall- und Schwingungswerte zur Kennzeichnung des Schwin
gungsverhaltens dieser Komponenten von einer möglichst großen
Anzahl von Fahrzeugen aufgenommen und einer gemeinsamen Da
tenverarbeitung zugeführt werden. Dies kann beispielsweise
dadurch geschehen, daß die Fahrzeuge die von ihnen detektier
ten aktuellen Werte auf einem Magnetband speichern und daß
die Fahrzeugführer diese Magnetbänder nach Fahrtende in einem
am Zielort befindlichen Bahnbetriebswerk hinterlegen. Aus der
Vielzahl der von den einzelnen Fahrzeugen der Züge stammenden
aktuellen Schall- und Schwingungswerten bestimmt eine Daten
verarbeitungseinrichtung unter Berücksichtigung gesicherter
statistischer Verfahren die Referenzwerte oder Referenzwerte
bänder, in denen die aktuellen Schall- und Schwingungswerte
der die einzelnen Fahrorte befahrenden Fahrzeugkomponenten
liegen sollen, wobei diese Werte über bestimmte Meßzeiten
oder Wegstrecken gemittelt sein können. Diese Referenzwerte
bzw. Referenzwertebänder werden vervielfältigt und auf Spei
chermedien hinterlegt, die an die einzelnen Züge ausgegeben
werden und dann für eine bestimmte Zeit Geltung haben sollen.
Solche Speicher sind vorzugsweise als Kompact-Discs auszufüh
ren. Auf den Fahrzeugen werden die Daten der Kompakt-Discs in
den Arbeitsspeicher RAM eingelesen, aus dem sie dann durch
die Lesezeiger immer gerade dann für den Vergleich zur Verfü
gung gestellt werden, wenn die entsprechenden ortsbezogenen
aktuellen Sensordaten für die betreffenden Komponenten gene
riert werden. Die an die Züge ausgegebenen Daten haben eine
bestimmte zeitliche Gültigkeit und werden durch Auswechseln
der Datenträger aktualisiert; die Aktualisierung der Refe
renzwerte berücksichtigt etwaige Veränderungen der Schall-
und Schwingungswerte von Fahrzeugen, die ihre Ursache in Ver
änderungen der Strecke haben; solche Veränderungen können
sich z. B. beim Nachstopfen der Gleise oder bei sonstigen
Baumaßnahmen an der Strecke ergeben.
Die Bewertung der aktuellen Schall- und Schwingungswerte von
Fahrzeugkomponenten kann auf einem einzigen Fahrzeug eines
Zuges oder auf mehreren Fahrzeugen geschehen, vorzugsweise
dann immer nur bezogen auf ein oder einige Fahrzeuge des Zu
ges. Dadurch verändert sich der Aufwand für das Speichern und
Vergleichen der aktuellen mit den Referenzdaten erheblich.
Jedes Fahrzeug kann dabei eine eigene Qrtungseinrichtung auf
weisen.
Es ist auch möglich, das zeitrichtige Lesen der im Arbeits
speicher hinterlegten Referenzdaten nicht in jedem Fall auf
einen gemeinsamen Bezugspunkt des Fahrzeugs zu beziehen, son
dern nach einer einmal vorgenommenen Synchronisierung auf den
Abstand einer zuvor bewertenden Fahrzeugkomponente von diesem
Bezugspunkt.
Für den Fall, daß unterschiedliche Fahrgeschwindigkeiten ei
nen nennenswerten Einfluß auf das Schall- und/oder Schwin
gungsverhalten einzelner Fahrzeugkomponenten haben, kann es
sinnvoll sein, entweder entsprechende geschwindigkeitsabhän
gige Referenzwerte ortsbezogen vorzugeben oder entweder die
aktuellen Zustandswerte und/oder die zugehörigen Referenzwer
te nach Maßgabe der jeweilige Geschwindigkeit zu verändern,
um so zu normierten Vergleichsgrößen zu gelangen.
Das ortsbezogene Einlesen der aktuellen Schall- und Schwin
gungswerte in das Speichermedium, aus dem die späteren Refe
renzwerte gewonnen werden, kann in der Weise geschehen, daß
die beim Befahren eines bestimmten Streckenpunktes von den
Sensoren der einzelnen Fahrzeugkomponenten erfaßten Schwin
gungen fahrortbezogen abgespeichert werden; hierzu ist eine
Zuordnung der Schwingungswerte zu den Streckenpunkten erfor
derlich, die ähnlich dem mehrfachen Lesen eines Referenzwer
tes beim Vorrücken des Fahrzeugs ein mehrfaches Einschreiben
von aktuellen, durchaus aber verschiedenen Schwingungswerten
in ein ortsbezogenes Speicherfeld der Speichermediums vor
sieht; auch hier können diese Werte durch Mitteln von über
eine vorgegebene Meßzeit oder eine vorgegebene Wegstrecke er
zeugten Einzelwerten gebildet werden.
Die laufende Bewertung der aktuellen Schall- und Schwingungs
werte anhand gespeicherter Referenzwerte kann zeitabhängig,
geschwindigkeitsabhängig, wegabhängig oder ereignisabhängig
vorgenommen werden; anzustreben ist dabei eine kurze Folge
zeit, um etwaige Defekte möglichst frühzeitig erkennen zu
können.
Die möglichen Reaktionen des Fahrzeugs auf einen erkennbar
werdenden Schaden oder einen plötzlich auftretenden Schaden,
die von Fall zu Fall verscheiden sein können, sind nicht Ge
genstand der vorliegenden Erfindung.
Claims (12)
1. Verfahren zur Früherkennung von Schäden an Schienenfahr
zeugen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schall- und/oder Schwingungsverhalten vorgegebener
Komponenten (R1, R2) der Fahrzeuge (F1) während der Fahrt de
tektiert und online mit für den jeweiligen Fahrort und ggf.
die jeweilige Fahrgeschwindigkeit geltenden Referenzwerten
verglichen wird, die bei mindestens einer vorangegangenen
Fahrt detektiert und ggf. nach geschwindigkeitsabhängiger
Normierung fahrortbezogen abgespeichert wurden und daß aus
den ortsbezogenen Abweichungen der aktuellen Werte von den
entsprechenden Referenzwerten auf den tatsächlichen Zustand
der betreffenden Fahrzeugkomponenten geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pegel und Frequenzspektren der aktuellen Lauf- oder
Körperschallgeräusche und/oder der aktuellen Schwingungen der
zu überwachenden Fahrzeugkomponenten detektiert und einem
amplituden- und frequenzmäßigen Vergleich mit entsprechenden
ortsbezogenen Referenzwerten zugeführt werden.
3.Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die aktuellen Schall- und/oder Schwingungswerte digitali
siert und mit entsprechenden digitalisierten Referenzwerten
verglichen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß für den Vergleich der aktuellen Schall- und/oder Schwin
gungswerte mit den entsprechenden Referenzwerten sowohl die
aktuellen als auch die entsprechenden Referenzwerte einer die
Datenmenge reduzierenden Vorverarbeitung unterzogen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorverarbeitung ein zeitliches oder wegabhängiges
Mitteln sowohl der aktuellen wie der Referenzwerte umfaßt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens die in den Vergleich einzubeziehenden Refe
renzwerte als Wertebänder mit oberen und unteren Grenzwerten
vorgegeben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Referenzwerte/-wertebänder durch Bewerten aktueller
Schall- und/oder Schwingungswerte beim Befahren einer Strecke
durch die Fahrzeuge eines oder mehrerer Züge gebildet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Referenzwerte/-wertebänder in der Weise einem
fahrortbezogenen Vergleich mit den aktuellen Schall- bzw.
Schwingungswerten/-wertebändern zugeführt werden, daß sie -
ausgehend von einem festen Bezugspunkt (B) auf einem Fahrzeug
(F1) - mehrfach nach Maßgabe des Quotienten aus Abstand (Δs)
der zu bewertenden einander entsprechenden Fahrzeugkomponen
ten (R1, R2) vom Bezugspunkt (B) oder dem Ort einer bereits
bewerteten Fahrzeugkomponente und Fahrgeschwindigkeit (V)
verzögert werden gegenüber dem Zeitpunkt für das Vorbeilaufen
des Bezugspunktes oder einer bereits bewerteten Fahrzeugkom
ponente an dem betreffenden Fahrort.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von den Fahrzeugen ermittelten aktuellen Schall-
und/oder Schwingungswerte/-wertebänder auf den Fahrzeugen für
einen späteren Vergleich mit dann aktuellen Schall- und/oder
Schwingungswerten/-wertebändern auf einem ersten Speicherme
dium (SA) gespeichert werden, daß die dort gespeicherten Wer
te einer Verarbeitungseinrichtung zugeführt werden und daß in
dieser die Referenzwerte/-wertebänder gebildet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Referenzwerte/-wertebänder in der Verarbeitungsein
richtung vervielfältigt und auf zweite Speicher (SR) übertra
gen werden, die den Fahrzeugen körperlich zur Verfügung ge
stellt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in einem zweiten Speicher abgelegten Referenzwer
te/-wertebänder auf den Fahrzeugen in Arbeitsspeicher (RAM)
eingelesen und unter Verwendung von den einzelnen Komponenten
zugeordneten, in Abhängigkeit von deren Lage auf den Fahrzeu
gen und der Fahrgeschwindigkeit der Fahrzeuge fortschaltbaren
Lesezeigern (L1, L3) mehrfach zeitlich versetzt gelesen wer
den.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die ortsbezogene Zuordnung der aktuellen Schall-
und/oder Schwingungswerte/-wertebänder zu den entsprechenden
Referenzwerten eine fahrwegbezogene Resynchronisierung vorge
sehen ist, die auf dem Vorhandensein fahrzeugseitig erkennba
rer Triggerpunkte (M) an der Strecke und der fahrzeugseitigen
Kenntnis der Lage der Triggerpunkte und der Lage des fahr
zeugseitigen Bezugspunktes (B) sowie der zu bewertenden Fahr
zeugkomponenten auf den Fahrzeugen aufbaut.
Priority Applications (1)
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DE1998136081 DE19836081A1 (de) | 1998-07-30 | 1998-07-30 | Verfahren zur Früherkennung von Schäden an Schienenfahrzeugen |
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Family
ID=7877009
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